應(yīng)對(duì)氣候變化的許多努力都集中在減少二氧化碳排放上。然而,意大利初創(chuàng)公司EnergyDome采取了不同的方法。他們開(kāi)發(fā)了一種名為“CO2電池”的技術(shù),可以在高壓下儲(chǔ)存二氧化碳?xì)怏w。當(dāng)電力過(guò)剩時(shí),氣體就會(huì)儲(chǔ)存在這些電池中。之后,當(dāng)需要電力時(shí),儲(chǔ)存的氣體被釋放并通過(guò)渦輪機(jī)發(fā)電。 使用二氧化碳的優(yōu)點(diǎn)之一是它可以在室溫下壓縮成致密的液體狀形式。相比之下,類(lèi)似系統(tǒng)中使用的其他氣體需要低溫才能達(dá)到相同的效果。EnergyDome已經(jīng)在撒丁島建造了一個(gè)小型設(shè)施來(lái)測(cè)試他們的技術(shù),目前正在努力在更大的商業(yè)規(guī)模上實(shí)施該技術(shù)。 能源穹頂(EnergyDome)的領(lǐng)導(dǎo)者克勞迪奧·斯帕達(dá)西尼(ClaudioSpadacini)設(shè)想,這些穹頂狀結(jié)構(gòu)將成為向清潔能源過(guò)渡的象征,就像風(fēng)車(chē)和太陽(yáng)能電池板一樣。通過(guò)以這種創(chuàng)新方式利用二氧化碳,EnergyDome旨在為全球邁向更可持續(xù)的未來(lái)做出貢獻(xiàn)。
EnergyDome是一群充滿(mǎn)希望的公司的一部分,該公司致力于徹底改變長(zhǎng)期儲(chǔ)能(LDES)。這些技術(shù)在支持間歇性可再生能源方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,特別是在努力消除化石燃料和核電站使用的系統(tǒng)中。正如該領(lǐng)域?qū)<饮溈襄a的GodartvanGendt所解釋的那樣,LDES能夠?qū)崿F(xiàn)從依賴(lài)電網(wǎng)60-70%可再生能源過(guò)渡到實(shí)現(xiàn)100%可再生能源并網(wǎng)。 然而,需要大量的能量存儲(chǔ)來(lái)滿(mǎn)足這些目標(biāo)。存儲(chǔ)系統(tǒng)的評(píng)估基于兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)但又截然不同的因素:電力輸送容量和儲(chǔ)能容量。為了說(shuō)明這種區(qū)別,讓我們考慮一下廣泛使用的可滿(mǎn)足世界上大多數(shù)LDES需求的技術(shù):抽水蓄能水電(PSH)。在這種方法中,當(dāng)電力充足且廉價(jià)時(shí),水被泵送到高架水庫(kù)。在電力短缺期間,水被釋放,流回較低的水位,并在此過(guò)程中通過(guò)渦輪機(jī)發(fā)電。 通過(guò)了解PSH等儲(chǔ)能系統(tǒng)背后的原理并探索EnergyDome所追求的創(chuàng)新解決方案,我們可以推進(jìn)有效的LDES技術(shù)的開(kāi)發(fā),從而實(shí)現(xiàn)可再生能源的廣泛采用并減少對(duì)傳統(tǒng)電源的依賴(lài)。
抽水蓄能水力發(fā)電(PSH)系統(tǒng)的發(fā)電能力取決于水輪機(jī)尺寸和上下水位之間的垂直距離。目前,全球PSH系統(tǒng)的總額定功率約為165吉瓦(GW)。另一方面,這些系統(tǒng)的儲(chǔ)能能力取決于上部水庫(kù)可儲(chǔ)存的水量。目前PSH系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量約為9,000吉瓦時(shí)(GWh)或9太瓦時(shí)(TWh)。 在行業(yè)組織LDES理事會(huì)委托編寫(xiě)的一份報(bào)告中,vanGendt先生和他的團(tuán)隊(duì)模擬了到2040年實(shí)現(xiàn)全球凈零排放的最具成本效益的途徑。他們確定能源系統(tǒng)應(yīng)能夠提供1.5至2.5太瓦(TW)電力并存儲(chǔ)85至140太瓦時(shí)(TWh)能量。從這些數(shù)字來(lái)看,目前美國(guó)的總發(fā)電量約為1.1太瓦時(shí),140太瓦時(shí)約占?xì)W盟年用電量的5%。盡管這些數(shù)字很大,但報(bào)告認(rèn)為,通過(guò)大量投資是可以實(shí)現(xiàn)的。 通過(guò)了解PSH等儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模和潛力并對(duì)其開(kāi)發(fā)進(jìn)行投資,我們可以努力實(shí)現(xiàn)雄偉的可再生能源目標(biāo),并對(duì)全球減排產(chǎn)生重大影響。
雖然抽水蓄能在能源轉(zhuǎn)型的其他領(lǐng)域顯示出指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),但在長(zhǎng)期儲(chǔ)能(LDES)技術(shù)中實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的擴(kuò)展提出了挑戰(zhàn)。過(guò)去十年,全球風(fēng)力發(fā)電量增加了四倍,太陽(yáng)能發(fā)電量增加了近18倍。這表明抽水蓄能發(fā)電能力在幾十年內(nèi)有顯著增長(zhǎng)的潛力。 然而,實(shí)際考慮使情況變得更加復(fù)雜。風(fēng)能和太陽(yáng)能通過(guò)大規(guī)模生產(chǎn)受益于規(guī)模經(jīng)濟(jì),并且起點(diǎn)相對(duì)較低。相比之下,抽水蓄能系統(tǒng)是獨(dú)特的項(xiàng)目,許多合適的地點(diǎn)已經(jīng)被利用。其余的有利地點(diǎn)通常遠(yuǎn)離電力需求最高的地區(qū)。此外,開(kāi)發(fā)抽水蓄能項(xiàng)目需要較長(zhǎng)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)間、較高的資本成本,并且通常面臨當(dāng)?shù)丨h(huán)境問(wèn)題的反對(duì)。業(yè)界預(yù)計(jì)未來(lái)十年產(chǎn)能將增加50%,但在二十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)十倍增長(zhǎng)似乎不太可能。 雖然抽水蓄能仍然是能源轉(zhuǎn)型的重要組成部分,但克服實(shí)際限制并使長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù)的范圍多樣化至關(guān)重要。通過(guò)探索EnergyDome的二氧化碳電池等創(chuàng)新方法并投資多樣化的解決方案,我們可以在實(shí)現(xiàn)未來(lái)可持續(xù)和可靠的能源系統(tǒng)方面取得進(jìn)展。
此外,儲(chǔ)能不僅可以作為隨著時(shí)間推移轉(zhuǎn)移可再生能源的手段,還可以確保電網(wǎng)穩(wěn)定性和本地化能源供應(yīng),從而避免擁堵和對(duì)長(zhǎng)距離傳輸?shù)囊蕾?lài)。抽水蓄能(PSH)可以實(shí)現(xiàn)第一個(gè)目的,但無(wú)法滿(mǎn)足其他目的。 另一方面,替代存儲(chǔ)解決方案可能會(huì)經(jīng)歷更快的增長(zhǎng)率,與太陽(yáng)能或海上風(fēng)電領(lǐng)域觀察到的增長(zhǎng)率相當(dāng)。然而,這些替代方案面臨著從初始開(kāi)始的挑戰(zhàn)。根據(jù)研究公司彭博新能源財(cái)經(jīng)(BNEF)發(fā)布的《全球儲(chǔ)能展望》報(bào)告,預(yù)計(jì)未來(lái)十年,非PSH儲(chǔ)能在電力輸送和儲(chǔ)能方面將增長(zhǎng)20倍。盡管如此,預(yù)計(jì)到2030年發(fā)電量將僅達(dá)到1太瓦時(shí)(TWh)。 當(dāng)我們探索各種存儲(chǔ)技術(shù)并克服其最初的局限性時(shí),繼續(xù)投資開(kāi)發(fā)非PSH存儲(chǔ)解決方案至關(guān)重要,這些解決方案可以有效滿(mǎn)足電網(wǎng)穩(wěn)定性、局部能源供應(yīng)和避免擁塞的多方面需求。這將使我們能夠?qū)崿F(xiàn)更具彈性和靈活性的能源系統(tǒng),有效支持向清潔和可持續(xù)能源的過(guò)渡。
電化學(xué)存儲(chǔ)是指在不同類(lèi)型的金屬和化學(xué)品之間觀察到的電壓差異。幾個(gè)世紀(jì)以來(lái),電化學(xué)電池一直被使用,但許多研究人員現(xiàn)在相信新穎的設(shè)計(jì)和材料具有新突破的潛力。美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)的科學(xué)家以其早期在鋰電池化學(xué)方面的研究而聞名,他們正在利用人工智能分析數(shù)十萬(wàn)種潛在的電池材料,旨在發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新的想法和解決方案。 5月16日,聯(lián)合國(guó)秘書(shū)長(zhǎng)安東尼奧·古特雷斯發(fā)表了一份獨(dú)特的聲明,他甚至呼吁建立“全球電池存儲(chǔ)聯(lián)盟”,以加速電池技術(shù)的創(chuàng)新和廣泛部署。認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)能在推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)對(duì)氣候變化方面的重要性,古特雷斯的呼吁強(qiáng)調(diào)需要集體努力推動(dòng)電池技術(shù)的進(jìn)步。 通過(guò)將勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等尖端研究與全球合作和人工智能的應(yīng)用相結(jié)合,我們可以釋放能源存儲(chǔ)的新可能性,并加快開(kāi)發(fā)和部署更高效、可靠和可持續(xù)的電池解決方案。
電池并不總是必須是包含所有必要化學(xué)物質(zhì)的緊湊包裝。另一方面,液流電池將化學(xué)物質(zhì)存儲(chǔ)在外部?jī)?chǔ)罐中,并在充電和放電期間將其泵入電池。水箱的大小決定了可以存儲(chǔ)的能量的大小。盡管這種方法對(duì)于筆記本電腦或汽車(chē)來(lái)說(shuō)過(guò)于龐大,但當(dāng)應(yīng)用于網(wǎng)格規(guī)模存儲(chǔ)時(shí),它就變得可行。 位于俄勒岡州的ESS公司開(kāi)發(fā)了一種液流電池,該電池利用現(xiàn)成的材料,即鐵和鹽。在充電過(guò)程中,鹽類(lèi)轉(zhuǎn)化為電極上的鐵沉積物。放電時(shí),鐵溶解,以電荷的形式釋放儲(chǔ)存的化學(xué)能。FormEnergy是另一家由特斯拉能源存儲(chǔ)部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)者共同創(chuàng)立的公司,該公司也將鐵納入其工藝中,該公司將其稱(chēng)為“可逆生銹”。他們的設(shè)備大約有洗衣機(jī)大小,在放電時(shí)從空氣中吸收氧氣,將鐵轉(zhuǎn)化為鐵銹。在充電過(guò)程中,他們施加電流來(lái)逆轉(zhuǎn)該過(guò)程,將鐵銹轉(zhuǎn)化回鐵,同時(shí)釋放氧氣。該公司聲稱(chēng)能夠儲(chǔ)存長(zhǎng)達(dá)100小時(shí)的電力,并將在計(jì)劃于明年進(jìn)行的試點(diǎn)項(xiàng)目中得到檢驗(yàn)。 這些利用鐵和鹽液流電池的創(chuàng)新方法展示了長(zhǎng)期儲(chǔ)能的潛力,特別是對(duì)于電網(wǎng)應(yīng)用。通過(guò)利用豐富且具有成本效益的材料(例如鐵),這些公司正在為更實(shí)惠和可擴(kuò)展的能源存儲(chǔ)解決方案鋪平道路,這些解決方案可以增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性并支持更大規(guī)模的可再生能源整合。
蓄熱技術(shù)也正在蓬勃發(fā)展。例如,Antora采用將碳?jí)K加熱至高達(dá)2,000°C的溫度的方法。儲(chǔ)存的能量可用于加熱管道中的蒸汽或空氣。該公司甚至聲稱(chēng),這些溫暖的塊發(fā)出的輻射熱可以直接射向光伏電池來(lái)發(fā)電。RondoEnergy采用了不同的方法,利用由創(chuàng)新材料組成的電池塊,加熱至1,200°C以上。隨后,當(dāng)工業(yè)客戶(hù)需要時(shí),儲(chǔ)存的能量可以直接作為熱量釋放,或者可以用來(lái)產(chǎn)生為渦輪機(jī)提供動(dòng)力的蒸汽。 在蓄熱領(lǐng)域,位于馬薩諸塞州的馬耳他公司以其開(kāi)創(chuàng)性的電熱系統(tǒng)處于領(lǐng)先地位。該系統(tǒng)在充電階段充當(dāng)熱泵,將電能轉(zhuǎn)化為熱量并將其存儲(chǔ)在熔鹽中。在放電階段,它作為熱機(jī)運(yùn)行,利用儲(chǔ)存的熱量發(fā)電。 這些創(chuàng)新的熱存儲(chǔ)解決方案為有效利用熱能提供了有前景的機(jī)會(huì)。通過(guò)儲(chǔ)存高溫?zé)崮?,這些技術(shù)可以為各種工業(yè)應(yīng)用提供熱量或通過(guò)高效的轉(zhuǎn)換過(guò)程發(fā)電。隨著我們進(jìn)一步探索和完善這些方法,熱存儲(chǔ)系統(tǒng)有可能在提高能源效率和支持向更清潔、更可持續(xù)的能源過(guò)渡方面發(fā)揮重要作用。
在各種技術(shù)中,化學(xué)品儲(chǔ)存是最具變革性的技術(shù)之一。它涉及利用電力來(lái)生產(chǎn)隨后可用于發(fā)電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)的化學(xué)物質(zhì)。一種直接的方法是利用可再生能源來(lái)運(yùn)行電解槽,將水分解成氧氣和氫氣。然后可以?xún)?chǔ)存氫氣以供以后使用。歐洲研究小組馬克斯·普朗克化學(xué)能轉(zhuǎn)換研究所的羅伯特·施勒格爾提出了一個(gè)重要問(wèn)題:“雖然電池能發(fā)揮其作用,但跨季節(jié)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)又如何呢?”他認(rèn)為,隨著偏遠(yuǎn)地區(qū)可再生能源發(fā)電量的增加,氫將在儲(chǔ)存多余電力以供未來(lái)使用方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。此外,它還可以作為生產(chǎn)合成柴油或氨等更復(fù)雜燃料的起點(diǎn)。 化學(xué)存儲(chǔ)為解決與長(zhǎng)期能源存儲(chǔ)相關(guān)的挑戰(zhàn)提供了一條有前途的途徑。通過(guò)將電力轉(zhuǎn)化為可儲(chǔ)存的化合物(例如氫氣),可以在需要時(shí)有效地儲(chǔ)存和利用可再生能源。這不僅能夠長(zhǎng)期儲(chǔ)存電力,而且還為先進(jìn)燃料的合成提供了機(jī)會(huì),有助于能源格局的多樣化。隨著化學(xué)儲(chǔ)存技術(shù)的發(fā)展,我們距離更加可持續(xù)和靈活的能源系統(tǒng)越來(lái)越近,該系統(tǒng)可以支持可再生能源的廣泛采用。
化學(xué)品已被證明對(duì)于長(zhǎng)期儲(chǔ)存非常有效。意大利管道運(yùn)營(yíng)商Snam承諾投資高達(dá)50億歐元用于能源存儲(chǔ),并強(qiáng)調(diào)天然氣存儲(chǔ)設(shè)施可以安全地長(zhǎng)期存儲(chǔ)氫氣。荷蘭公用事業(yè)公司Gasunie正在利用格羅寧根附近的鹽穴來(lái)儲(chǔ)存氫氣,格羅寧根擁有歐洲最大的天然氣田。同樣,猶他州的一家燃煤公用事業(yè)公司山間發(fā)電局擁有一個(gè)鹽穴,計(jì)劃用可再生氫氣填充。這些儲(chǔ)存的氫氣隨后可用于翻新的燃煤發(fā)電站,以彌補(bǔ)可再生能源斷電時(shí)的能源供應(yīng)缺口。 在這些例子中,化學(xué)品儲(chǔ)存的多功能性是顯而易見(jiàn)的。通過(guò)利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施并利用儲(chǔ)氣庫(kù)和鹽穴等安全存儲(chǔ)方法,可以有效存儲(chǔ)氫氣并在需要時(shí)使用。這種方法可以將可再生能源與現(xiàn)有系統(tǒng)集成,即使在可再生能源不發(fā)電的時(shí)期也能確保可靠的能源供應(yīng)。隨著可再生能源的采用不斷擴(kuò)大,化學(xué)存儲(chǔ)在維持穩(wěn)定和可持續(xù)的能源網(wǎng)方面的作用變得越來(lái)越重要。
原標(biāo)題:在碳中和政策下,全球掀起長(zhǎng)期儲(chǔ)能賽道